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Il piano orizzontale di coda è normalmente costituito da una superficie fissa, alla quale ne è incernierata una mobile che può ruotare verso l'alto e verso il basso. Il piano orizzontale di coda ha infatti una doppia funzione.
La prima funzione è quella di stabilizzare l'assetto del velivolo, ed è espletata dalla parte fissa che si chiama appunto stabilizzatore.
La seconda funzione è quella di equilibrare la tendenza del velivolo a cabrare o picchiare a seconda di come variano le forze applicate all'ala, ed è espletata dalla parte mobile che si chiama infatti equilibratore o timone di profondità.
| Azione del pilota | Movimento equilibratore | Effetto sulla coda | Risultato |
|---|---|---|---|
| Spinge avanti la barra | Ruota verso il BASSO | Aumenta deportanza | Muso si abbassa (PICCHIATA) |
| Tira indietro la barra | Ruota verso l'ALTO | Diminuisce deportanza | Muso si alza (CABRATA) |
Il timone di profondità e la barra cui è collegato costituiscono nel loro insieme il comando dell'angolo di incidenza.
Esiste un tipo di piano orizzontale di coda alternativo: lo stabilatore (stabilizzatore-equilibratore), un'unica superficie tutta mobile con aletta compensatrice che "indurisce" i comandi.
Il trim è un'aletta compensatrice applicata all'equilibratore che serve per eliminare lo sforzo di barra:
| Fase di volo | Posizione trim | Effetto |
|---|---|---|
| Posizione neutra | Allineato | Volo livellato a velocità di crociera |
| Salita | Trim verso l'alto | Mantiene equilibratore cabrato senza sforzo |
| Discesa | Trim verso il basso | Mantiene equilibratore picchiato senza sforzo |
Il piano verticale di coda è costituito da una parte fissa detta deriva, e da una parte mobile detta timone di direzione. Il timone è comandato dalla pedaliera.
| Componente | Funzione |
|---|---|
| DERIVA (fissa) | Dare stabilità intorno all'asse verticale |
| TIMONE (mobile) | Effettuare il movimento di imbardata |
Durante l'imbardata, la semiala esterna (che avanza) diventa più veloce e più portante, mentre quella interna diventa meno veloce e meno portante: questa disparità induce il rollio.
Gli alettoni sono superfici mobili montate sul bordo di uscita delle semiali, nella parte esterna. Sono comandati dalla barra nel suo movimento laterale, e ruotano in senso contrario l'uno all'altro.
L'imbardata inversa (o indotta) è un movimento iniziale di lieve entità dalla parte dell'ala che si alza, provocato dall'aumento di resistenza indotta su quell'ala (maggiore portanza = maggiore resistenza indotta).
Quando gli alettoni inclinano l'ala all'angolo φ (bank), la portanza P si scompone in:
Per mantenere la quota costante in virata, la componente verticale Pv deve rimanere uguale al peso Q. Quindi si deve aumentare la portanza totale P tirando la barra (aumentando l'incidenza) e/o aumentando la potenza.
Il fattore di carico (n) è un numero adimensionale che esprime il rapporto tra il peso apparente e il peso reale:
| Categoria velivolo | n max positivo | n max negativo |
|---|---|---|
| Categoria NORMALE | +3,8 | -1,5 |
| Categoria SEMIACROBATICA | +4,4 | -2 |
| Categoria ACROBATICA | +9 | -7 |
In virata, il fattore di carico dipende SOLO dall'angolo di bank, non dal peso né dalla velocità dell'aereo.
| Angolo di bank | Fattore n | Aumento Vs |
|---|---|---|
| 0° | 1,0 | 0% |
| 30° | 1,15 | ~7% |
| 45° | 1,41 | ~19% |
| 60° | 2,0 | ~41% |
| 75° | 3,86 | ~96% |
In richiamata il peso apparente aumenta proporzionalmente al quadrato della velocità e inversamente al raggio di richiamata. Quindi: uscire da un'affondata tanto più dolcemente quanto maggiore è la velocità.
In salita e discesa il fattore di carico è minore di 1 perché il peso apparente Q₁ = Q cos β. Si annulla quando l'aereo sale o scende in candela (β = 90°).
Le variazioni del fattore di carico in turbolenza sono:
In turbolenza: diminuire la velocità (senza stallare). Per aerei leggeri: volare alla Va (velocità di manovra).
Quando n > 1, la velocità di stallo aumenta:
| Punto | Velocità | Significato |
|---|---|---|
| C | Vs₁ | Velocità di stallo in configurazione pulita a 1g |
| D | Vso | Velocità di stallo con flap estesi |
| A | Va | Velocità di manovra - dove n raggiunge il valore limite |
| G | Vno | Velocità max operazione normale (inizio arco giallo) |
| B | Vne | Velocità da non superare MAI (linea rossa) = 80% di Vd |
| E | Vfe | Velocità max con flap estesi (limite arco bianco) |
Un aeroplano deve possedere due qualità contrastanti: manovrabilità e stabilità.
| Qualità | Definizione |
|---|---|
| Manovrabilità | Facilità di muovere l'aereo intorno ai suoi assi |
| Stabilità | Capacità di tornare all'assetto originario dopo una perturbazione |
| Tipo | Definizione |
|---|---|
| Stabilità STATICA | Reazione immediata alla perturbazione (muso torna giù dopo essere stato alzato) |
| Stabilità DINAMICA | Smorzamento delle oscillazioni (poche oscillazioni per tornare all'equilibrio) |
| Asse | Stabilità | Ottenuta mediante |
|---|---|---|
| Trasversale | Longitudinale (beccheggio) | Piano orizzontale di coda + trim |
| Verticale | Direzionale (imbardata) | Piano verticale di coda + ala a freccia |
| Longitudinale | Laterale (rollio) | Ala alta: posizione baricentro / Ala bassa: angolo diedro |
Gli ipersostentatori hanno due funzioni principali:
| Tipo di flap | Aumento Cp | Caratteristiche |
|---|---|---|
| Plain flap (semplici) | ~50% | Porzioni del bordo d'uscita che deflettono (40°-50°) |
| Slotted flap (a fessura) | ~70% | Con fessura che energizza lo strato limite |
| Split flap (di intradosso) | ~60% | Superfici sotto le semiali, creano scia turbolenta |
| Fowler flap | ~100% | I più efficaci: scorrono indietro + deflettono + fessura |
Gli slat aprono una fessura che costringe parte del flusso ventrale a passare sul dorso, energizzando lo strato limite e ritardando lo stallo.
| Fase | Flap | Note |
|---|---|---|
| Rullaggio | Retratti | Evitare danni da detriti (ala bassa) |
| Decollo | Come da manuale (10°-15°) | Per campi corti. Retrarre dopo velocità sicura |
| Salita | Retratti | Più resistenza = meno rateo di salita |
| Crociera | Retratti | Eccezione: bassa quota con scarsa visibilità |
| Discesa | Secondo necessità | In planata motore spento: NO. Per discesa ripida: SÌ |
| Avvicinamento | Prima posizione | Metà del braccio di sottovento |
| Atterraggio | 25°-30° o max | Pista corta/ostacoli: max. Pista lunga: 25°-30° |
| Forte vento traverso | Parziale | Toccare con muso alto, velocità abbondante |
| Riattaccata | Retrarre gradualmente | Dopo max potenza, retrarre con l'aumento di velocità |
Serve a ridurre lo sforzo di barra. Si realizza:
Gli alettoni Frise sono incernierati in modo da esporre più superficie al vento quando si alzano, neutralizzando la differenza di resistenza indotta e riducendo l'imbardata inversa.
Il flutter è una vibrazione aerodinamica pericolosa alle alte velocità. Per evitarlo si aggiungono pesi (piombo) davanti all'asse di cerniera per spostare il baricentro della superficie.
Oltre al fattore di carico in volo, la struttura deve sopportare i carichi di rullaggio, decollo e atterraggio.
Il carrello principale deve resistere a discese con velocità limite di 600 ft/min (≈4 metri di caduta). La ruota anteriore del triciclo è progettata solo per il rullaggio: il contatto deve avvenire sempre a muso alto.
La struttura è meno robusta ai carichi laterali. Regole:
| Concetto | Valore |
|---|---|
| Fattore di carico | n = Qa / Q |
| n limite NORMALE | +3,8 / -1,5 |
| n limite SEMIACROBATICA | +4,4 / -2 |
| n limite ACROBATICA | +9 / -7 |
| n a 60° di bank | n = 2 |
| Aumento Vs a 60° bank | ≈ 41% (×√2 ≈ 1,41) |
| Va rispetto a Vs₁ | Va = Vs₁ × √nmax |
| Vne rispetto a Vd | 80% di Vd |
| Rateo di virata | 1091 × tan(bank) / KTAS |
| Raggio di virata | KTAS² / (36,93 × tan(bank)) |
| Incidenza con flap | fino a 30° (vs 15°-16°) |
| Aumento Cp - Plain flap | ≈ 50% |
| Aumento Cp - Slotted flap | ≈ 70% |
| Aumento Cp - Split flap | ≈ 60% |
| Aumento Cp - Fowler flap | ≈ 100% |
| Velocità limite carrello | 600 ft/min (≈4 m caduta) |
| Effetto primario equilibratore | BECCHEGGIO (controllo incidenza) |
| Effetto primario pedaliera | IMBARDATA |
| Effetto secondario pedaliera | ROLLIO INDOTTO |
| Effetto primario alettoni | ROLLIO |
| Effetto secondario alettoni | IMBARDATA (inversa poi diretta) |
| Virata derapata | Pallina verso ala ALZATA |
| Virata scivolata | Pallina verso ala ABBASSATA |